基于MCP的光子计数成像数据采集系统的研究

发布时间：2016-11-29 13:37

  本文关键词：基于MCP的光子计数成像数据采集系统的研究，，由笔耕文化传播整理发布。

《中国科学技术大学》 2015年

基于MCP的光子计数成像数据采集系统的研究

胡坤  

【摘要】：MCP探测器具有光谱响应窄、噪声低、空间分辨率高等特点。因此,基于MCP的光子计数成像探测器被广泛地应用于粒子探测和空间科学。本文针对这种类型的探测器提出了一种电荷测量方案,获得了较高的空间分辨率。在高计数率下,提出了一套基于硬件的堆积判弃技术,使系统在高计数率下的分辨率提高30%。 本文通过分析MCP国内外的研究状况,给出了基于MCP的阳极探测器的优缺点,并且研究了各种类型的位敏阳极,确定了楔条阳极作为收集电荷的阳极。针对于楔条阳极的特征,本文设计了基于WSA读出阳极的电荷测量方案,设计了前端电路和数据获取成像系统。前端电路主要完成对WSA阳极输出电荷的积分和成形；后端采集卡负责事例的触发、位置译码、成像以及图像存储等等。另外,针对硬件的设计,本文设计了基于LABVIEW平台的图像采集软件,对硬件进行参数配置、全局出发、读取图像以及图像存储等等。 随后,本文进行了一系列的性能测试,分为前端电子学测试和后端性能测试。测试的结果显示,前端电路的等效输入噪声低于1fC,同时具有较低的增益偏差。 最后,我们搭建了基于MCP的实验平台,在低计数率下,获得了70μm的分辨率。对于高计数率,信号的堆积相当严重。因此,系统的分辨率会极具地降低。鉴于此,我们设计了基于FPGA的堆积判弃模块,有效地剔除了堆积的信号。整个系统克服了高计数率下脉冲堆积的影响。 除此之外,本文还对TGC探测器进行了深入地研究,设计了一套基于真随机数的TGC测试信号源,可以一次性对高达256路电子学通道进行测试,大大提高了电子学测试的效率。另外,我们完成了真随机数测试,提出了评估多bit真随机数优劣的公式。 本文的主要创新点如下： 1、系统研究了基于MCP的光子计数成像探测器的特征,发现了影响MCP探测器计数率和分辨率的诸多因素。同时,研究了各种类型的光子探测器特征。 2、针对这种类型的探测器,提出了光子计数成像探测器的总体读出方案,并在该方案下实现了前端电路和后端DAQ的设计。经过一系列的电子学测试后,我们搭建了光子计数成像探测的实验平台,在低计数率下获得了70μm的分辨率。 3、针对高计数率下的信号堆积,提出了一套硬件堆积判弃的设计方案,该设计成功地剔除了堆积的信号,使得系统的分辨率大幅度提高。

【关键词】：
【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TP274.2;O572.31
【目录】：

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